王光慶，樊民強

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024)

格條對螺旋溜槽分選效果影響試驗研究

王光慶，樊民強

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024)

摘要：為考察格條對螺旋溜槽分選效果的影響，通過在螺旋溜槽槽面鋪設(shè)格條，并改變格條與槽面直徑之間夾角大小的方法進行試驗，得到了各粒級的精煤灰分、尾煤灰分、精煤產(chǎn)率和綜合效率的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明：相對于無格條時，在正角度范圍內(nèi)，各粒級精煤灰分和精煤產(chǎn)率均升高，在45°達到最大值，粗粒級在60°時分選效率最高，細粒級分選效率都降低；在負角度范圍內(nèi)，粗粒級精煤灰分在-45°處最低，分選效率在0°最高，細粒級精煤灰分均升高，分選效率降低。

關(guān)鍵詞：螺旋溜槽；格條；夾角；灰分；精煤產(chǎn)率；分選效率

作為粗煤泥的主要分選設(shè)備，螺旋溜槽具有無運動部件、生產(chǎn)費用低、操作維護方便等優(yōu)點，在美國和澳大利亞等產(chǎn)煤國已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用。但實際生產(chǎn)表明螺旋溜槽尚存在著精煤灰分高、精煤產(chǎn)率低以及選別效率差等缺點，成為限制該設(shè)備在國內(nèi)大規(guī)模推廣和應(yīng)用的主要因素[1]。

針對上述問題，諸多學(xué)者在改變槽面結(jié)構(gòu)方面進行了大量探索和研究。王家明等研制出了來復(fù)條螺旋溜槽，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在尾礦品位略有下降的情況下，可明顯提高精礦品位和精礦產(chǎn)率[2]。吳伯增等也通過在槽面上安裝來復(fù)條等方法，發(fā)明了復(fù)合螺旋溜槽，實際生產(chǎn)表明可大幅提高選礦技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)[3]。金仁國等通過借鑒搖床床面橫向槽的作用機理及淘米盆刻槽的分布形式，設(shè)計出了楔形刻槽螺旋溜槽，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備能夠顯著提高精礦回收率和選礦效率，同時減輕槽面上內(nèi)緣失水程度[4]。

盧繼美等通過對比試驗發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽中來復(fù)條和刻槽的松散紊動作用，認(rèn)為來復(fù)條和刻槽是螺旋溜槽最敏感的工藝參數(shù)之一，不同的分選物料來復(fù)條和刻槽參數(shù)需要具體確定[5]。周勤舉等和張鴻波等都通過試驗對比分析了來復(fù)條、刻槽和光面3種槽面螺旋溜槽的分選結(jié)果，均認(rèn)為來復(fù)條槽底和刻槽槽底產(chǎn)生的水躍現(xiàn)象過強，使已分層的礦物又被打亂，光面槽底效果最好[6-7]。

上述關(guān)于來復(fù)條螺旋溜槽的探索和研究，或是只給出了最佳設(shè)計角度參數(shù)下的分選結(jié)果，信息傳達不全面，或是僅憑某一個設(shè)定角度參數(shù)下的試驗結(jié)果便給來復(fù)條螺旋溜槽分選效果下結(jié)論，說服力不足，均沒有給出不同來復(fù)條角度下螺旋溜槽分選規(guī)律。本文通過向螺旋溜槽槽面鋪設(shè)格條，改變格條與槽面直徑夾角大小的方法進行試驗研究，分析不同參數(shù)下各粒度級精煤灰分、尾煤灰分、精煤產(chǎn)率以及綜合效率的變化規(guī)律，以期對格條作用下螺旋溜槽的分選規(guī)律有進一步的認(rèn)識。

1試驗系統(tǒng)及方法

1.1入料煤樣性質(zhì)

試驗中小直徑旋流器入料為古交礦區(qū)8#煤0～1 mm粒度級煤泥，總灰分為29.12%，其粒度組成見表1。

表1　原煤粒度組成

由表1可以看出，0.5～1.0 mm 及0.25～0.5 mm 兩粗粒級含量最高，合計占原煤比重達68.19%，且兩粒級灰分也最高，為主導(dǎo)粒級；0.125～0.25 mm和0.074～0.125 mm兩粒級的含量和灰分均為最低；<0.074 mm粒級含量和灰分居中。因此，主導(dǎo)粒級分選效果的好壞將直接影響最終原煤的整體分選效果。

1.2試驗系統(tǒng)

試驗系統(tǒng)主要由螺旋溜槽、小直徑旋流器、攪拌桶、渣漿泵、變頻器、流量計、壓力表等組成，如圖1所示。

試驗所用螺旋溜槽槽面的材質(zhì)為玻璃鋼，內(nèi)表面涂有耐磨層，橫斷面為立方拋物線型，螺旋槽從上到下一共5圈，全部用螺栓固定在金屬支架上，自身無運動部件。螺旋溜槽其它規(guī)格參數(shù)見表2。

表2　螺旋溜槽規(guī)格

1.3格條參數(shù)

試驗所用格條材質(zhì)為硅膠，橫截面為正方形，邊長3 mm，長度240 mm的硅膠條。

試驗中格條一端始終固定在距螺旋槽槽面最外沿10 mm處。第1根格條放置在最上層第一圈螺旋槽距離入料口端約1/3圈處，然后經(jīng)1/3圈放置第2根格條……以此類推，格條之間間隔都為1/3圈，最后1根格條距排料端約2/3圈，最終槽面上共放置12根格條，平均每圈螺旋槽上放置3根格條。

試驗中格條與螺旋槽直徑夾角的正負符號定義為：以直徑所在方向為0°，順時針為正，逆時針為負。正角度參數(shù)分別為0°、30°、45°、60°以及無格條(90°)見圖2(a)；負角度參數(shù)分別為0°、-30°、-45°、-60°及無格條(-90°)見圖2(b)。

圖1　螺旋溜槽試驗系統(tǒng)

圖2　格條與直徑夾角正負符號定義示意圖

1.4試驗方法

一定濃度的礦漿在攪拌桶內(nèi)混合均勻后，由渣漿泵以一定壓力首先切向給入小直徑旋流器預(yù)先脫泥濃縮，旋流器溢流直接返回攪拌桶，底流則作為螺旋溜槽入料進行分選，分選后流入攪拌桶。入料壓力與礦漿流量可通過變頻器調(diào)整電機轉(zhuǎn)速控制，壓力與流量由壓力表與電磁流量計在線顯示。入料原煤粒級0～1mm，中煤和尾煤合在一起作為本試驗中的尾煤產(chǎn)品，精煤出料口與尾煤出料口開口比為1∶20，礦漿質(zhì)量濃度15%，小直徑旋流器入料壓力0.08MPa，此條件下系統(tǒng)礦漿流量約為2.3m3/h。改變格條與槽面直徑之間夾角大小，待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，分別同時接取適量的精煤和尾煤產(chǎn)品，進行篩分、過濾、烘干、稱重、化驗，得到精煤、尾煤各粒級的灰分，并計算出精煤產(chǎn)率和漢考克綜合效率。

2試驗結(jié)果及分析

2.1格條與槽面直徑之間夾角為正角度下結(jié)果

在正角度范圍內(nèi)，依次設(shè)定夾角為0°、30°、45°、60°及無格條(90°)，各粒級精煤灰分和尾煤灰分變化曲線分別如圖3(a)、圖3(b)所示，精煤產(chǎn)率和綜合效率變化曲線分別見圖4(a)、圖4(b)。

圖3　正角度時各粒級精煤灰分及尾煤灰分變化曲線

圖4　正角度時各粒級精煤產(chǎn)率及綜合效率變化曲線

由圖3(a)可知，各粒級精煤灰分均在45°時最高，在無格條處為最低，說明格條角度為正時并不能降低精煤產(chǎn)品灰分。由圖4(a)可以看出，0.5～1 mm和<0.074 mm粒級精煤產(chǎn)率在60°時最高，其它粒級在45°時最高，各粒級均在無條時最低，說明格條角度為正時可以提高精煤產(chǎn)率。從圖3(b)和圖4(b)可以看出，粗粒級的尾煤灰分及綜合分選效率均在60°最高，在30°左右時最低，其它粒級在無格條處最高，說明正角度時可提高粗粒級分選效率，但不能提高細粒級分選效率。

2.2格條與槽面直徑夾角為負角度下結(jié)果

在負角度范圍內(nèi)，依次設(shè)夾角為0°、-30°、-45°、-60°及無格條(-90°)，各粒級精煤灰分和尾煤灰分變化曲線分別如圖5 (a)、圖5(b)所示，精煤產(chǎn)率和綜合效率變化曲線分別如圖6 (a)、圖6(b)所示。

由圖5(a)、圖5 (b)、圖6 (a)和圖6 (b)可以看出，0.5～1 mm和0.25～0.5 mm兩粗粒級精煤灰分、尾煤灰分、精煤產(chǎn)率及綜合效率變化曲線均呈開口向上的拋物線形狀，都分別在0°、-45°左右時達到最大值和最小值，但精煤灰分降幅不大，而精煤產(chǎn)率和綜合效率下降較多，說明負夾角時，可降低粗粒級精煤灰分，但會犧牲精煤產(chǎn)率及綜合分選效率。

圖5　負角度時各粒級精煤灰分及尾煤灰分變化曲線

圖6　負角度時各粒級精煤產(chǎn)率及綜合效率變化曲線

從圖5(a)可知，0.125～0.25mm、0.074～0.125mm和<0.074mm細粒級的精煤灰分從0°到無格條都不斷下降，在無格條處最低。由圖5(b)和圖6(a)可以看出，0.125～0.25mm和0.074～0.125mm兩粒級的尾煤灰分、精煤產(chǎn)率在0°和-60°處均較高，大于無格條處時對應(yīng)值，<0.074mm粒級尾煤灰分和精煤產(chǎn)率都在無格條處達到最大值。從圖6(b)可以看出，0.125～0.25mm、0.074～0.125mm和<0.074mm粒級綜合分選效率均在無格條處最高，在-45°左右時最低。說明負角度時，細粒級精煤灰分不能降低，綜合效率會下降，但可一定程度上提高精煤產(chǎn)率。

2.3原因分析

槽面上鋪設(shè)格條后，螺旋運動的礦漿不斷受到來自格條的阻擋和引導(dǎo)作用，阻擋作用會使礦漿在格條的前方形成循環(huán)往復(fù)的漩渦區(qū)，并出現(xiàn)水躍現(xiàn)象[8]，如圖7所示，主要影響顆粒群的分層，而引導(dǎo)作用則改變礦漿的運動趨勢，主要影響顆粒群在槽面上的分帶[9]。

圖7　格條水躍現(xiàn)象示意圖

當(dāng)格條與槽面直徑重合即在0°時，格條整個長度都為有效阻擋長度，礦漿內(nèi)循環(huán)[10]停止，且外緣水流較深，含有較多煤粒，精煤排料口靠近外緣一端，外緣和內(nèi)緣之間的顆粒交換不能得到充分進行，尤其是高灰重顆粒不能及時回到內(nèi)緣，導(dǎo)致精煤灰分及精煤產(chǎn)率增加。

圖8　正/負角度下輕重顆粒運動軌跡示意圖

在格條與直徑夾角為正的范圍內(nèi)，格條起阻擋和導(dǎo)向作用，如圖8(a)所示。從0°變?yōu)?0°時，由于礦漿靠外緣流動，格條有效阻擋長度沒有變短，另外格條與水流流動方向之間夾角過大且礦漿流速太快，格條的導(dǎo)流作用較弱，因此由0°變?yōu)?0°后精煤灰分變化不大。當(dāng)從30°變?yōu)?5°時，格條有效阻擋長度明顯變短，向內(nèi)導(dǎo)流作用占據(jù)主導(dǎo)，槽面中間及外緣的顆粒都被導(dǎo)入外緣，即中間灰分顆粒都被引至低灰分區(qū)域，所以精煤灰分及精煤產(chǎn)率都升高。從45°變?yōu)?0°時，格條阻擋作用已十分微弱，導(dǎo)流作用由向外緣引導(dǎo)高灰煤粒轉(zhuǎn)變?yōu)闇p少外緣精灰煤粒循環(huán)至內(nèi)緣，使外緣較低灰分顆粒在前面的基礎(chǔ)上得以繼續(xù)分選，在一定程度上促進了分選，因此精煤灰分會有所降低，尾煤灰分相應(yīng)升高，綜合分選效率升高。從60°變?yōu)?0°即無格條時，由于格條失去了對外緣精煤尤其是大顆粒精煤的導(dǎo)向聚攏作用，部分精煤會損失至內(nèi)緣尾煤當(dāng)中，故精煤灰分、尾煤灰分及精煤產(chǎn)率都有一定程度的降低。

在格條與直徑夾角為負的范圍內(nèi)，如圖8(b)，由0°至-60°，格條阻擋作用逐漸減弱，導(dǎo)流作用不斷增強，外緣的低灰輕煤粒尤其是底層大顆粒煤粒不斷被引至內(nèi)緣，外緣僅相對富集細顆粒低灰精煤，部分粗顆粒精煤會損失至尾煤中，所以精煤灰分、尾煤灰分及精煤產(chǎn)率均不斷降低，綜合分選效率也降低。從-60°到-90°即無格條時，格條的阻擋和導(dǎo)流作用均不斷減弱，精煤特別是粗顆粒精煤的損失率降低，故精煤灰分、尾煤灰分、精煤產(chǎn)率和

綜合效率都逐漸回升。

3結(jié)論

1)設(shè)定格條與槽面直徑夾角為正角度時，格條向槽外緣導(dǎo)流，可提高各粒級精煤產(chǎn)率或綜合分選效率，但不能降低精煤灰分。

2)設(shè)定格條與槽面直徑夾角為負角度時，格條向槽內(nèi)緣導(dǎo)流，可達到降低粗粒級精煤灰分或提高粗粒級精煤產(chǎn)率及綜合分選效率的目的，而細粒級分選效果變壞。

3)粒度和格條角度大小對螺旋溜槽的分選效果影響較大，應(yīng)根據(jù)入選原煤的粒度組成及具體要求合理確定格條參數(shù)。

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Experimental study on influence of riffles on the separation effect of spiral chute

WANG Guang-qing，F(xiàn)AN Min-qiang

(College of Mining Technology，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China)

Abstract:In order to study the influence of riffle on the separation effect of spiral chute，a experiment was carried out by laying riffles on the groove face of spiral chute and changing the angle between riffle and the diameter of chute，the change rules of the ash of clean coal，ash of tailings，clean coal yield and comprehensive efficiency of each size fraction was obtained.The results show that：comparing with free groove face，when the angle is positive，the ash of clean coal and clean coal yield of each size fraction both increase，and reach the maximum at 45°，the comprehensive efficiency of coarse fraction is highest at 60°，the comprehensive efficiency of fine fraction fall；when negative，for the coarse fraction，the ash of clean coal is lowest at -45°and the comprehensive efficiency is highest at 0°，for the fine fraction，ash of clean increase，comprehensive efficiency drop.

Key words：spiral chute；riffle；angle；ash；clean coal yield；comprehensive efficiency

收稿日期：2015-05-20

作者簡介：王光慶(1989-)，男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，主要研究方向為復(fù)合力場分選。E-mail:1079834484@qq.com。 通訊作者：樊民強(1964-)，男，山西永濟人，教授，博士，主要研究方向為礦物分選理論、工藝與設(shè)備。E-mail:fanminqiang@tyut.edu.cn。

中圖分類號：TD94

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)03-0162-05